Що таке напруженість фізичного поля?
1. Визначення поняття "напруженість фізичного поля".
У словниках та енциклопедіях узагальнене визначення терміна "напруженість поля" відсутній, є визначення, що відносяться лише до конкретних форм поля, наприклад, напруженість електричного, магнітного, гравітаційного поля. Синтезувавши ці визначення, напруженістю фізичного поля можна назвати векторну величину, що характеризує стан поля взаємодії в конкретній точці, що знаходиться на якійсь відстані від центру полеобразующей зарядженої системи.
Оскільки мова йде про напружений стан поля в точці, отже, мається на увазі локальна напруженість поля, тобто, напруженість в точці еквіптенціальной поверхні. Але про те, що слово "локальна" опущено, зазвичай не згадується. Однак це слід мати на увазі, так як розглядають також і повну напруженість. тобто локальну напруженість, протінтегрірованную по площі якоїсь ділянки еквіпотенційної поверхні.
Додамо також, що в основних європейських мовах термін "напруженість поля" звучить як "інтенсивність поля". Термін "інтенсивність поля" вказує на щільність енергії поля в цікавій для нас точці, а термін "напруженість поля" вказує на те, що польова середовище деформоване. З цієї точки зору термін "напруженість поля" має дещо інше інформацію, ніж термін "інтенсивність поля". Застосування терміну "інтенсивність поля" обходить стороною питання про те, що деформуються, чи польова среда, тоді як термін "напруженість поля" відповідає на це питання ствердно.
2. Порушення принципу причинності
при сучасному визначенні напруженості поля.
Якщо судити по визначенню в Словнику природних наук (Глоссарій.ру), то "Напруженість електричного поля - векторна величина, що характеризує електричне поле в заданій точці і визначає силу, що діє на заряджену частинку з боку електричного поля. Напруженість електричного поля чисельно дорівнює відношенню сили, що діє на заряджену частинку, до її заряду. "На жаль, з цього тексту неможливо встановити: чи то напруженість визначає силу взаємодії (перше речення), то чи напруженість залежить від сили взаємодії (друге речення).
Локальна напруженість центрального поля, що позначається символом E. визначається рівнянням:
Таке визначення напруженості невірно. так як фізичне поле зарядженої системи (його оболонка) існує незалежно від того, чи перебуває в полі цієї системи пробний заряд або він відсутній. Якщо вважати, що пробного заряду немає, то напруженість поля не по чому буде визначати. Але в дійсності напруженість поля існує остільки, оскільки є саме поле, утворене полеобразующей зарядженої системою. Сила взаємодії полеобразующего заряду і польового заряду з'являється лише після того, як в уже існуючий поле вноситься реальний польовий заряд. Тому справедливим слід вважати протилежно записане рівняння
де q це реальний польовий заряд. Сила взаємодії є наслідком існування фізичного поля, а не причиною появи напруженості поля. Так ми приходимо до висновку, що сучасна методика викладання електромагнетизму починається з недотримання принципу причинності. Те ж саме можна сказати і про методику викладання гравітації, Сила тяжіння залежить від напруженості граівтаціонного поля, а не навпаки.
Напруженість центрального поля є градієнтом скалярного потенціалу цього поля і повинна визначатися за рівнянням (1). Потенціал поля, в свою чергу, залежить від значення полеобразующего заряду Q і від відстані r між центром полеобразующего заряду і розглянутої точкою. Визначення напруженості центрального поля за рівнянням (2) призводить лише до ускладнень при викладанні. змушуючи учнів заучувати матеріал, такий, що суперечить принципу причинності.
3. Нісенітниця терміна "потік вектора напруженості".
У сучасній фізиці замість терміна "повна напруженість", який передбачає інтегральну суму локальних напруженостей, взяту по площі ділянки еквіпотенційної поверхні, застосовують термін "потік вектора напруженості".
У статті, присвяченій математичному терміну "потік вектора", зазначено на безглуздість цього терміна при його застосуванні у фізиці. Тому і термін "потік вектора напруженості" слід усюди заміняти терміном "повна напруженість", тим самим відрізняючи повну напруженість від локальної. В крайньому випадку, застосовувати термін "напруженість по площі".
Вже близько 200 років існує теорема Гаусса, сучасний текст якої звучить так: "потік вектора напруженості електричного поля через замкнену поверхню дорівнює алгебраїчній сумі укладених усередині цієї поверхні електричних зарядів. "(До тексту цієї теореми після введення системи одиниць СІ зазвичай додають слова" поділеній на # 949; 0 "). З теореми Гаусса однозначно випливає, що локальна напруженість поля є питомою похідною величиною. рівній повної напруженості, що припадає на одиницю площі розглянутого ділянки еквіпотенційної поверхні. А в сучасній фізиці в повному протиріччі з принципом причинності потік вектора напруженості визначається як функція від локальної напруженості.
4. Необхідність застосування терміна "чиста напруженість".
У статті, присвяченій потенціалу поля. визначальне рівняння для потенціалу центрального поля, позначено символом # 966; f.
де kf0 - розмірний коефіцієнт. враховує властивості польовий середовища; Q - заряд полеобразующей системи; S - площа ділянки еквіпотенційної поверхні з радіусом r. Якщо властивості польовий середовища не враховуються, то це призводить до kf0 = 1. Градієнт потенціалу центрального поля в цьому випадку дорівнює
підстановка grad # 966; f в рівняння (1) призводить до визначального рівняння для чистої напруженості центрального поля:
де er - орт, що надає локальної напруженості Ef спрямованість по радіус-вектору r.
5. Рівняння локальної напруженості центрального поля в вакуумі.
Якщо враховувати властивості польовий середовища, то локальна напруженість центрального поля буде враховуватися коефіцієнтом kf0. Така напруженість буде дорівнює:
В СІ в електростатики kf0 = 1 / # 949; 0. а в СГСЕ і системі величин ЕСВП kf0 = 1. Рівняння (7) відноситься як до електростатичного поля, так і до гравістатіческому полю. розмірний коефіцієнт в якому вказано у відповідній статті. В СІ рівняння (7) для електричного поля в вакуумі має вигляд E = Qer / # 949; 0S.
6. Визначальні рівняння для напруженостей вихрового поля.
де S - площа еквіпотенційної поверхні вихрового поля динамічного заряду Qc. Локальна напруженість у фізичному вакуумі визначається рівнянням:
де kс0 - розмірний коефіцієнт вихрового поля в вакуумі. В СІ kс0 = # 956; 0. а в СГСЕ і системі величин ЕСВП kс0 = 1 / c 2. Рівняння (9) відноситься як до електродинамічної (магнітному) полю, так і до гравідінаміческому полю. розмірний коефіцієнт в якому вказано у відповідній статті. В СІ рівняння (9) для магнітного поля у вакуумі, утвореного зарядженої системою з рухомим зарядом. має вигляд У = # 956; 0 [(qv) er] / S.
7. Лінії напруженості фізичного поля.
Лінії на графіку, до яких касателен вектор напруженості, називають лініями напруженості поля. У підручниках з фізики іноді йдеться про те, що вектори напруженості дотичних до лінії напруженості, але таке твердження суперечить принципу причинності. Навпаки, конфігурація ліній напруженості поля залежить від напрямку векторів напруженості поля.
Найчастіше лінії напруженості поля називають силовими лініями поля. Ця назва відображає наведену вище нелогічність в термінології, що відноситься до напруженості поля. До того ж, термін "силові лінії" невірний, коли мова йде про вихровому полі. Якщо в центральному полі силові лінії відображають те ж саме, що і лінії напруженості, то в вихровому полі сили взаємодії перпендикулярні лініям напруженості, які з цієї причини вже не варто було б в вихровому поле називати силовими лініями.
8. Про некоректність термінології і символіки напруженостей поля
в електромагнетизм.
У фізиці історично склалася символіка напруженостей різних форм опису електромагнітного поля. Зокрема, напруженість гравітаційного поля в вакуумі позначають символом G. напруженість електростатичного поля в вакуумі позначають символом E (без всяких індексів), напруженість магнітного поля в вакуумі позначають символом B і називають не напруженістю, а магнітної індукції (що, в принципі, не точно ), напруженість електростатичного поля в речовині позначають символом D і називають електричним зміщенням, а напруженість магнітного поля в речовині позначають символом H. у літературі з фізики та метрології зрідка вказу т на некоректність подібної термінології і відсутність системності в символіці, але не наважуються що-небудь змінити.
В системі величин ЕСВП для того, щоб розрізнити символи локальних напруженостей поля в різних формах фізичного поля. вирішено використовувати систему нижніх індексів до єдиного символу напруженості E (див. наведену нижче Таблицю напруженостей. а також Таблицю величин фізичного поля).
9. Плутанина в визначенні розмірності і одиниць напруженостей поля.
На додаток до цього гравітаційний заряд (так звану гравітаційну масу) m з одиницею кг прирівнюють до так званої інертною масі min. одиниця якої дорівнює Дж м -2 c 2. Прирівнювання m і min здійснюється відповідно до принципу еквівалентності мас, про некоректність якого розказано в статті, присвяченій цьому принципу. І ця плутанина, в результаті, призвела до створення так званої LT-системи величин. в якій взагалі відсутні розмірності динамічних величин.
10. Таблиця символів, розмірностей і одиниць напруженостей.
форма
фізичного поля
розмірність
напруженості
в ЕСВП